JPS5934452A - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

排気ガス中の有害三成分ＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを同時
に低減することのできる触媒として、三元触媒が知られ
て論る。この三元触媒の浄化効率Ｒは第１（ａ）図に示
されるように空燃比〜争がほぼ理論空燃比であるときに
最も高くなり、例えば８０パ一セント以上の浄化効率Ｒ
を得ることのできる空燃比領域は空燃比が０．０６程度
の狭い巾である。通常、このように８０パ一セント以上
の浄化効率を得ることのできる空燃比領域をウィンドウ
Ｗと称する。従って、三元触媒を用いて排気ガス中の有
害三成分を同時に低減するためには空燃比をこの狭いウ
ィンドウＷ内に常時に維持しなければならない。このた
めに従来の排気ガス浄化装置では、空燃比が理論空燃比
よりも大きいか小さいかを判別可能な酸素濃度検出器を
機関排気通路に取付け、この酸素濃度検出器の出力信号
に基いて空燃比がウィンドウＷ内の空燃比となるように
制御している。しかしながらこのような酸素濃度検出器
および空燃比制御のための高価な電子制御ユニットを必
要とするために排気ガス浄化装置の製造コストが高騰す
るという問題がある。

ところが最近になって、　　ＳＡＥ　ｐａｐｅｒ　Ａ　
７６０２０１号、或いは特公昭５６−４７４１号公報に
記載されているように三元触媒の機能が次第に解明され
、三光触媒が酸素保持機能を有することが判明したので
ある。即ち、空燃比が理論空燃比に対してり−ン側にあ
るときには三元触媒がＮＯｘから酸素を奪い取ってＮＯ
ｘを還元させると共にこの奪い取った酸素を保持し、空
燃比が理論空燃比よりもリッチ側になると保持した酸素
を放出してＣＯ，ＨＣの酸化を行うのである。従って空
燃比を成る基準空燃比に対し、てリーン側とリッチ側に
交互に変動させると基準空燃比が理論空燃比からずれた
としても上述の酸素保持機能によりＮＯｘの還元作用お
よびＣｏ、ＨＣの酸化作用が促進されて高い浄化効率を
得ることができる。第１（ｂ）図は空燃比を周波数Ｉ　
Ｈｚで基準空燃比に対して±１．０だけ変動させた場合
の基準空燃比〜争のウィンドウＷ。を示している。第１
　（ａ）図および第１（ｂ）図がら空燃比を一定周波数
で変動させた場合にはウィンドウＷ。

が広くなることがわかる。このことは、空燃比を一定周
期で変動させれば基準空燃比が理論空燃比から多少ずれ
ていたとしても高い浄化効率が得られることを意味し５
ている。一方、空燃比の変動周波数を短くすると、即ち
空燃比の変動周期を長くすると三元触媒の酸素保持能力
が飽和するために酸素保持機能に基づく酸化還元能力が
低下し、三元触媒の浄化効率が低下する。第１（ｃ）図
はこのことを明瞭に示している。第１（ｃ）図において
縦軸Ｒは浄化効率を示し、横軸Ｆは空燃比の変動周波数
を示す。また、空燃比の変動巾を小さくすると空燃比を
リッチ側とり一ン側に交互に変動できなくなるのでウィ
ンドウの巾は狭くなる。従ってウィンドウの巾を広くす
るには最適な空燃比の変動周期と変動巾が存在すること
がわかる。

上述のように基準空燃比に対する空燃比の変動中および
変動周波数を適切に選定すればウィンドウが広くなり、
従って基準空燃比が理論空燃比に対して多少変動しても
高い浄化効率を得ることができる。このことは、基準空
燃比の変動巾の狭い燃料供給系を用いれば酸素濃度検出
器の出力信号によるフィードバック制御を用いなくても
高い浄化効率を得ることができることを意味している。

熱論、燃料供給系として燃料噴射弁を用いれば基準空燃
比の変動巾を狭くすることができるが燃料噴射装置が高
価であるために機関の製造コストが高くなってしまう。

従って機関の製造コストを低く抑えるためには気化器を
用いることが必要となる。しかしながら従来の固定ベン
チ−り型気化器では基準空燃比の変動巾が広く、また従
来の可変ペンチ＾ＩＪＷ気化器では加速時に、或いは機
関温度によって基準空燃比が犬きく変動するのでこれら
の固定ベンチュリ型気化器、或いは可変ベンチュリ型気
化器を用いても高い浄化効率を得るのは困難である。

本発明は酸素濃度検出器を用いることなく２価格の低い
気化器を用いて高い排気ガス浄化効率を確保することの
できる排気ガス浄化装置を提供することにある。

以下、添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図を参照すると、１は吸気マニホルド、２は吸気マ
ニホルド１上に取付けられた可変ベンチュリ型気化器、
３は排気マニホルド、４は触媒コンバータを夫々示し、
触媒コンバータ４の内部には三元モノリス触媒５が配置
される。可変ベンチュリ型気化器２は気化器ハウジング
６と、ハウジング６内を垂直方向に延びる吸気通路７と
、吸気通路７内を横方向に移動するサクションピストン
８と、サクションピストン８の先端面に取付けられたニ
ードル９と、サクションピストン３の先端面に対向して
吸気通路７の内壁面上に固定されたスペーサ１０と、サ
クションピストン８下流の吸気通路７内に設けられたス
ロットル弁１１と、フロート室１２とを具備し、サクシ
ョンピストン８の先端面とスペーサ１０間にはベンチュ
リ部１３が形成される。気化器ハウジング６には中空円
筒状のケーシング１４が固定され、このケーシング１４
にはケーシング】４の内部でケーシング１４の軸線方向
に延びる案内スリーブ１５が取付けられる。案内スリー
ブ１５内には多数のポール１６を備えた軸受１７が挿入
され、また案内スリーブ１５の外端部は盲蓋１８によっ
て閉鎖される。一方、サクションピストン８には案内ロ
ッド１９が固定され、この案内ロッド１９は軸受】７内
に案内ロッド１９の軸線方向に移動可能に挿入される。

このようにサクションピストン８は軸受１７を介してケ
ーシング１４により支持されるのでサクシ　　□日ソピ
ストン８はその軸線方向に滑らかに移動することができ
る。ケーシング１４の内部はサクションピストン８によ
って負王室２０と大気圧室２】とに分割され、負王室２
０内にはサクシ日ソピストン８を常時ベンチュリ部１３
に向けて押圧する圧縮ばね２２が挿入される。負王室２
０はサクションピストン８に形成されたザクジョン孔２
３を介してベンチュリ部１３に連結され、大気圧室２１
は気化器ハウジング６に形成された空気孔２４を介して
サクションピストン８上流の吸気通路７内に連結される
。

一方、気化器ハウジング６内にはニードル９が侵入可能
なようにニードル９の軸線方向に延びる燃料通路２５が
形成され、この燃料通路２５内には計量ジェット２６が
設けられる。計量ジェット２６上流の燃料通路２５は下
方に延びる燃料バイブ２７を介してフロート室１２に連
結され、フロート室１２内の燃料はこの燃料パイプ２７
を介して燃料通路２５内に送り込まれる。更に、スペー
サ１０には燃料通路２５と共軸的に配置された中空円筒
状のノズル２８が固定される。このノズル２８はスペー
サ］０の内壁面からベンチ入り部１３内に突出し、Ｌ７
かもノズル２８の先端部の上半分は下半分から更にサク
ションピストン８に向けて突出している。ニードル９は
ノズル２８および計量ジェット２６内を貫通して延び、
燃料はニードル９と計量ジェノ）２６間に形成される環
状間隙により計量された後にノズル２８から吸気通路７
内に供給される。

第２図に示されるようにスペーサ１０の上端部には吸気
通路７内に向けて水平方向に突出する隆起壁２９が形成
され、この隆起壁２９とサクションピストン８の先端部
間において流量制御が行なわれる。機関運転が開始され
ると空気は吸気通路７内を下方に向けて流れる。このと
き空気流はサクションピストン８と隆起壁２９間におい
て絞られるためにベンチュリ部１３には負圧が発生し。

との負圧がサクション孔２３を介して負王室２０内に導
かれる。サクションピストン８は負圧室２０と大気圧室
２１との圧力差が圧縮ばね２２のばね力により定まるほ
ぼ一定圧となるように、即ちベンチエリ部１３内の負圧
がほぼ一定とガるように移動する。

第３図および第４図を参照すると、ニードル９の上流側
に位置するサクシ薦ンピストン先端面部分はその全体が
ニードル９の取付端面３０からニードル９の先端部に向
けて隆起しており、サクションピストン先端面部分上に
は吸気通路７の軸線方向に延びる凹溝３１が形成される
。との凹溝３】の上流側端部３１ａはＵ字形断面形状を
なすと共にニードル取付端面３０よりもニードル９の先
端部に近い側に位置しており、残りの凹溝部分３１ｂは
上流側端部３１ａからニードル取付端面３０までほぼま
っすぐに延びる。更に、ニードル９よりも上流側に位置
するサクションピストン先端面部分の断面形状は凹溝３
１からベンチュリ部１３に向けて拡開するＶ字形をなし
ており、従ってこのサクションピストン先端面部分は凹
溝３１に向けて傾斜する一対の傾斜壁面部３２ａ、３２
ｂを有する。

第３図かられかるように吸入空気量が少ないときには隆
起壁２９．傾斜壁部分３２ａ、３２ｂ、　　および凹溝
上流側端部３１ａによってほぼ二等辺三角形状の吸入空
気制御数シ部Ｋが形成される。このように吸入空気制御
絞り部Ｋを形成することによってサクションピストン８
のリフト量が吸入空気制御絞り部にの開口面積に比例す
るようになり。

従ってサクションピストン８のリフト量は吸入空気量の
増大に応じて滑らかに増大するようになる。

更に、サクションピストン８は軸受１７によって支持さ
れているので吸入空気量の変化に対して応答性よく移動
し、斯くしてサクションピストン８は吸入空気量が増大
したときに吸入空気量の増大に応答性よくかつ滑らかに
移動する。その結果。

加速運転時のように吸入空気量が急激に変化する場合で
あってもサクションピストン８のリフトが大空気量の増
大に比例して増大するためにノズル２８から供給される
燃料の量は吸入空気量に常時比例することになる。更に
、第３図かられかるように吸入空気量が少ないときには
吸入空気が吸気通路７の中央部を流通せしめられ、その
結果ノズル２８から供給された燃料は吸入空気流と共に
即座に機関シリンダ内に供給されるので吸入空気量が少
ないときであってもノズル２８から供給された燃料は即
座に機関シリンダ内に供給される。従って、加速運転時
のように吸入空気量が急激に増大しても上述したように
ノズル２８から供給される燃料の量が吸入空気量に比例
し、しかもノズル２８から供給された燃料が即座に機関
シリンダ内に供給されるので機関シリンダ内に供給され
る混合気の空燃比は吸入空気量が急激に変化してもほぼ
一定に維持される。また、サクションピストン８は軸受
１７によって支持されているので機関温度がサクション
ピストン８の移動に影響を与えることがなく、斯くして
サクションピストン８は機関温度とは無関係に吸入空気
量の変化に応答性よく移動することができる。斯くして
、第２図に示す可変ベンチュリ型気化器２を用いると１
機関温度および機関運転状態にかかわらず機関シリンダ
内に供給される混合気の空燃比をほぼ一定値２例えばほ
ぼ理論空燃比に維持することができる。

第２図を参照すると、計量ジェツト２６の周囲には環状
空気室３３が形成され、この環状空気室３３に通ずる複
数個のエアブリード孔３４が計量ジェット２６の内周壁
面上に形成される。環状空気室３３はエアブリード通路
３４を介して隆起壁２９上流の吸気通路７内に連結され
、このエアブリード通路３４内にはエアブリードジェッ
ト３５が挿入される。また、エアブリード通路３４から
は補助エアブリード通路１６が分岐され、この補助エア
ブリード通路３６は計量ジェット２６下流の燃料通路２
５内に開口する。機関の運転が開始されるとこれらのエ
アブリード孔３４および補助エアブリード通路３６から
空気が燃料通路２５内に供給される。

一方、第２図に示されるようにサクションピストン８の
負圧室２０は導管３７を介して電磁弁５０に連結される
。電磁弁５０はエアフィルタ５１を介して大気に連通ず
る弁室５２と、弁室５２内に開口しかつ負王室２０に連
結された弁ボート５３と、弁ボート５３の開閉制御をす
る弁体５４と、弁体５４に連結された可動プランジャ５
５と、可動プランジャ５５を吸引するためのソレノイド
５６とを具備し、ソレノイド５６はソレノイド駆動回路
６０に接続される。ソレノイド駆動回路６０は第５図（
ａ）に示すようなＩ　Ｈｚから２Ｈｚの周波数の矩珍パ
ルスを発生するパルス発生器６】と。

パルス発生器６１の出力端子に接続された電力増巾器６
２からなり、電力増巾器６２の出力端子はソレノイド５
６に接続市れる。弁体５４は通常弁ボート５３を閉鎖し
ており、パルス発生器６１がパルスを発生するとソレノ
イド５６が付勢されて弁体５４が弁ボート５３を開口す
る。従って、弁体５５はＩ　Ｈｚから２　Ｈｚの周波数
でもって弁ボート５３を開口することになる。弁体５４
が弁ボート５３を開口すると大気がエアフィルタ５１゜
弁室５２．弁ボート５３および導管３７を介して負圧室
２０内に導入される。その結果、負圧室２０内の負圧が
小さくなるためにサクシロンピストン８はベンチュリ部
】３に向けて移動してベンチ集り部】３内の負圧を犬き
くすると共にニードル９と計量ジェット２６間に形成さ
れる環状間隙の面積を減少せしめる。このとき、ニード
ル９と計量ジェット２６間に形成される環状間隙の面積
減少による供給燃料の減少作用よりもベンチュリ部］３
内の負圧上昇による供給燃料の吸出作用の方が供給燃料
量に大きな影響を与えるために機関シリンダ内に供給さ
れる混合気は濃くなる。一方。

弁体５４が弁ボート５３を閉鎖するとベンチュリ部１３
内の負圧が負圧室２０内に作用するためにサクションピ
ストン８は負王室２０側に移動し。

その結果機関シリンダ内に供給される混合気は薄くなる
。従って、弁体５４が弁ボート５３の開閉動作を繰返す
とそれに伴ってサクションピストン８が左右に振動して
機関シリンダ内には稀薄混合気と濃混合気が交互に供給
される。電磁弁５０の弁ボート５３０寸法は弁体５４が
弁ボート５３の開閉を繰返し行なったときに機関シリン
ダ内に供給される混合気の空燃比Ａ／Ｆの平均値が第５
（ｂ）図に示されるようにほぼ理論空燃比となり、空燃
比の変動中が理論空燃比に対してほぼ±０．２から±１
．０となるように定められる。従って機関温度および機
関運転状態にかかわらずに機関シリンダ内に供給される
混合気の空燃比はＩ　Ｈｚから２　Ｈｚの周波数でもっ
てほぼ理論空燃比に対して±０．２から±１．０の範囲
で変動せしめられ、しかもこの空燃比の平均値は第１（
ｂ）図のウィンドウＷ。内に維持されるので二元モノリ
ス触媒５の酸累保持機能を利用して冒い浄化効率を得る
ことができる。

また９本発明では上述したように弁体５４が弁ホー　）
　５３を開口したときにサクションピストン８がペンチ
Ｂ　１７部】３に向けて移動するためにベンチュリ部１
３内を流れる吸入空気の流速が速められ、斯くして燃料
の微粒化を促進できるという利点もある。

このように本発明によれば高価な酸素濃度検出器および
高価な空燃比制御用の電子制御ユニットを用いることな
く１価格の低い気化器を用いて排気ガスを良好に浄化で
きるので排気ガス浄化装置の製造コストを大巾に低減す
ることができる。更に、サクションピストンの負王室に
電磁弁を設けるだけなので構造は極めて簡単であり、従
って排気ガス浄化装置の信頼性を向上することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は排気ガス浄化効率を示す線図、第２図は機関吸
排気系の側面断面図、第３図は第２図の矢印■に沿って
みた平面図、第４図はサクションピストンの側面断面図
、第５図は空燃比の変動を示す線図である。 ２・１・気化器、　　　８・・・サクションピストン。 ９・・・ニードル、　　２０・・・負王室。 ２８・・・ノズル、　　　５０・・・［磁弁。 ３０７ Ｕ−メー ＼　　　　　　　　　　　　　　　　　？〈　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　−（Ｎ　
　　−巽 叔ｖ　　　　　　Ｑ　ヒ９　ジ　田 ≧−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関吸気通路に可変ペンチーリ型気化器を取付けると共
   に機関排気通路に三元触媒コンバータを取付けた内燃機
   関において、上記可変ペンチエリ型気化器の負王室をほ
   ぼＩＨｚから２Ｈ２の一定周波数で開閉する電磁弁を介
   して大気に連通せしめ、該電磁弁を開閉した際に空燃比
   が平均値に対してほぼ±０．２から±１，０の間で周期
   的に変動するように電磁弁の開口面積を定め、更に上記
   空燃比の平均値がほぼ理論空燃比となるように気化器を
   設定した内燃機関の排気ガス浄化装置。